đồ án tn (autorecovered)

Đồ án tính toán thiết kế cơ khí,chuyển động cho bàn máy CNC,,thiết kế mô hình 3d ,bản vẽ 2D,Tính chọn động cơ ,phần mềm điều khiển,đầy đủ 1 đồ án cho sinh viên cần làm ,chuyên nghiệp..Luôn cung cấp cho mọi người những đồ án máy CNC ,máy in 3D ..............................

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học kỹ thuật nói chung cũng như nghành kỹ thuật cơ điện tử nói riêng đã và đang phát triển và có đóng góp rất lớn vào đời sống, kinh tế Trong xu hướng công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước thì những chiếc máy hay robot được hiện đại hóa, tự động hóa được chú trọng nghiên cứu và phát triển Giúp ích cho con người trong lao động, sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế Nắm bắt được tầm quan trọng đó nhóm em đã làm đề tài: Thiết kế máy CNC cỡ nhỏ nhằm gia công các chi tiết máy cỡ nhỏ cũng như khắc gỗ… được nhanh và chính xác hơn

Được sự chỉ dạy tận tình của các thầy cũng như kiến thức mà em đã tích lũy được; chúng

em đã hoàn thành được một sản phẩm thực tế thành công trước khi ra trường

Tuy chúng em đã cố gắng tìm hiểu, học hỏi rất nhiều để hoàn thành tốt nhất bài đồ án của mình nhưng không tránh khỏi được nhiều thiết xót Vậy em kính mong các thầy thông cảm và cho chúng em những ý kiến quý giá để chúng em có thêm kinh nghiệm cho những sản phẩm sau

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐÊ

1 Mục đích

- Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng là cao nhất Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8bit cho đến nay đã đạt đến 32 bit và cho phép thế hệ saucao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý

Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt đến trình độ rất cao như các phân xưởng tựđộng sản xuất linh hoạt và tổ hợp CIM(Computer Integrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các Robot cấp phôi liệu và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến, các kiểu nhà kho hiện đại được đưa vào áp dụng đã mang lại hiệu quả kinh tế rất đáng kể Chính vì vậy, máy CNC với nhiều ưu điểm nổi bật là xu hướng mà các nhà kỹ sư thiết kế cần

sở hữu cho mình

2 Ý nghĩa và phạm vi nghiên cứuLà một kỹ sư cơ điện tử tương lai, khi nắm bắt được ý nghĩa cấp thiết cũng như nhu cầu về

máy CNC chúng em đã quyết định bắt tay vào nghiên cứu và chế tạo máy CNC Đây là cơ hội để chúng em trang bị và nâng cao kiến thức chuyên môn cho bản thân trước khi ra trường như: kiến thức về tính toán, quy trình thiết kế máy CNC; kiến thức về điện – điều khiển Tuy nhiên, trong phạm vi kiến thức và thời gian cho phép chúng em sẽ chỉ nghiên cứu, chế tạo máy CNC mini loại nhỏ với nhiều ưu điểm nổi bật Trước tiên, máy CNC cỡ nhỏ với kích thước nhỏ gọn; phù hợp cho các kỹ sư đặt ngay tại vị trí, văn phòng làm việc; phù hợp để gia công nhiều chi tiết nhỏ trên những vật liệu mềm như: Nhôm, Thép, Nhựa…với độ chính xác cao, nhanh, hiệu quả Hơn nữa, giá thành của một chiếc máy lại không cao, thiết bị dễ tìm kiếm trên thị trường Trong thời gian học hỏi và nghiên cứu cũng như nhận được sự chỉ dạy nhiệt tình của thầy Hà Huy Hưng và các thầy trên bộ môn Robot đặc biệt và Cơ Điện Tử

chúng em cũng đã hoàn thành được bài đồ án “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy CNC loại nhỏ

Nộ dung bản thuyết minh bao gồm bốn chương với nội dung là quy trình hoàn thiện được một chiếc máy CNC mini hoàn chỉnh Cụ thể như sau

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÊ MÁY CNC

1.1 Khái niệm:

CNC (computer numberical control) là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập trình (nhận trực tiếp dữ liệu số) để hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau được mã hóa với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước theo yêu cầu

1.2 Phân loại

Máy CNC có thể phân chia theo nhiều loại và theo hệ thống điều khiển:

• Theo loại máy

- Máy cắt plasma CNC và máy khắc gỗ (cắt) laser CNC

Máy cắt laser dùng nguồn laser công suất cao, qua hệ thống quang học tập trung chùm tia laserđầu ra để cắt vật liệu…

- Máy in 3D

In 3D là một quá trình tạo các vật thể rắn từ một file mẫu trên máy tính Máy tính sẽ chia đốitượng in ra làm rất nhiều lớp mỏng, quá trình in 3D chính là liên tục chồng các lớp vật liệu lênnhau

• Theo trục máy:

- Máy CNC 3 trục

- Máy CNC 4 trục

- Máy CNC 5 trục…

1.3 Cấu tạo và hoạt động của máy cnc

Một máy CNC hoàn chỉnh bao gồm:

1.3.1 Hệ thống cơ khí

1.3.1.1 Hệ dẫn hướng cho các trục

Vít me bi được sử dụng để di chuyển bàn máy do chúng có ma sát thấp và độ rơ rất nhỏ nên hiệusuất truyền động cao và đạt được độ chính xác vị trí cao Ngoài ra bộ vitme-đai ốc bi có khả năngbiến đổi truyền dẫn (chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến) dễ dàng, ít ma sát và không có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao nên nó cũng là ưu điểm để lựa chọn vitme đai ốc bi

a) Kết cấu chung:

Bộ truyền vitme – đai ốc thường được dùng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ

NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài, máy doa tốc độ và các loại máy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng Ngoài ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường, máy chuốt

Các ưu điểm:

- Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao

- Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với vít me đai ốc trượt là 0,2 ÷ 0,4

- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động êm

Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc, dòng bi chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục

Dẫn hướng được dùng là thanh trượt hay còn gọi là ray trượt tuyến tính (LM) là được sử dụng để tăng độchính xác và độ mượt của chuyển động tuyến tính

1.3.1.2 Khớp nối mềm

Khi trục vít me bi và động cơ servo được nối với nhau cần đảm bảo tâm trục của chúng phảitrùng nhau Tuy nhiên, trong thực tế, điều này là rất khó khăn, do đó khớp nối mềm được sử dụngđể bù trừ độ sai lệch giữa đường tâm của trục vít me bi và trục động cơ, cho phép hệ thống vậnhành trơn tru, nhẹ nhàng

1.3.1.3 Trục trơn để di chuyển trục X, Y, Z

1.3.1.4 Động cơ bước: Tạo ra momen làm quay trục chính các trục

a Khái niệm:

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tính hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết

Tổng số góc quay của roto tương ứng với tầng số chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ở đĩa cứng, ở đĩa mềm, máy in…

e Ưu điểm:

• Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí và vận tốc

• Thích hợp với các thiết bị điều khiển số Với khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bước trở thành thông dụng trong các thiết bị cơ điện tử hiện đại

• Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC

f Nhược điểm:

• Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình Việc nghiên cứu nâng công suất động cơ bước đang là vấn đề rất được quan tâm hiện nay

• Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác

1.3.1.5 Gối đỡ: Đỡ trục vítme

1.3.1.6 Ổ bi: Lắp đầu trục vitme nhằm giảm masat khi Vitme làm việc1.3.1.7 Các linh kiện khác: Ốc vít, khung máy, đế máy, bàn máy…

1.7 Một số loại máy cnc thông dụng trên thị trường

Máy phay CNC

Máy tiện CNC

Máy cắt plasma CNC

Máy khắc gỗ CNC

Máy khắc đá CNC

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ DẪN ĐỘNG CHO BÀN MÁY CNC

Các thiết bị dẫn động có một vai trò quan trọng trong máy CNC, là nhân tố chính đảm bảo sự vận hành và gia công chính xác của máy Việc tính toán lựa chọn các thiết bị dẫn động là một công việc bắt buộc và phức tạp với nhiều công thức cần thiết lập Vì vậy, để thuận tiện cho công việc lựa chọ thiết bị dẫn động, trong chương này chúng ta đi xây dựng công thức tính toán và chương trình tính chọn các thiết bị dẫn động.

Nội dung chương này gồm có:

• Tính chọn cụm vít me đai ốc bi của trục X, Y

• Tính chọn cụm ổ lăn tương ứng X, Y

Có rất nhiều các hãng để chúng ta có thể sử dụng cho công việc tính toán và lựa chọn các sản phẩm phục vụ vào thiết kế Cụ thể trong việc tính chọn thiết bị dẫn động thì PMI và HIWIN là hai hãng lớn hay được sử dụng nhất Trong các catalog từ hai hãng đều đưa ra sự trợ giúp cho người sử dụng cách để chọn lựa các sản phẩm, và khi đó chúng ta chỉ cần thực hiện các bước để chọn cho mình sản phẩm ưng ý nhất Về cơ bản là họ cùng có chung cách thức để lựa chọn để từ đó lựa sản phẩm từ hãng một cách hợp lý Tuy nhiên về các bước của PMI giúp chúng ta có cách nhìn tổng quan hơn còn HIWIN có vẻ thiên về tính toán hơn Chúng ta có thể kết hợp hai bảng để dễ dàng tính chọn cho sản phẩm của mình

Quy trình tính toán trọn vitme đai ốc

2.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VIT ME BI TRỤC X 2.1.1 Các thông số đầu vào

- Loại máy CNC: Khắc

Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT (Đó chính là các thông số về lượng chạy sao (S), Vận tốc cắt (V), và chiều sâu cắt (T)):

- Dao khắc CNC V3 đuợc làm từ thép hợp kim Thíc hợp sử dụng trên gỗ, nhựa PVC, Acrylic và các vật liệu mềm khác

- - - Góc cắt: 30 Độ

- Đường kính trục: 3.175mm

- Chiều dài tổng thể: 28mm

- Nhãn hiệu: Weitol, Jeirui, huhao

- Vận tốc: v= 100m/ph

- Chiều sâu cắt: t= 1,2mm

- Lượng chạy dao phút: F=900mm/ph

- Khối lượng lớn nhất của chi tiết: M=10KG

- Trọng lượng bàn gá trục Y: Wx=2KG

- Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1=18000mm/ph

- Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công: V2 = 700mm/ph

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=0,5g=5m/s2

- Thời gian hoạt động: Lt= 7000h (khoảng 2 năm)

- Tốc độ vòng động cơ: Nmax = 2000 vòng/phút

- Độ chính xác vị trí không tải: ±0,03/1000mm

- Độ chính xác lặp: ±0,05mm

- Độ lệch truyền động: ±0,02mm

- Hệ số ma sát trơn bề mặt: � =0,005

- Vùng hoạt động lớn nhât Lxmax = 350mm

+ Tốc độ quay của động cơ quay dao:398

+ Lượng chạy dao vòng

900

2,3(mm/ v)397,89

F S

n

+ Lượng chạy dao răng ( Theo công thức trong cuốn Sổ tay CN-CTM tập 2-trang 26 )

+ Lực cắt chính

w

10

Trong đó: Z- số răng dao phay:

n- Số vòng quay dao, vòng/phút

Cp- Các số mũ trong bảng 5.41 Sô tay CNCTM tập2

kMV – là hệ số điều chỉnh cho chất lượng của vật liệu gia công (bảng 5.9)

2.1.4 Tính toán lựa chọn trục vít, ổ lăn cho bàn máy di chuyển theo trục Y

a Điều kiện làm việc và các thông số được tính chọn

Điều kiện làm việc

• Lực chống trượt (Lực ma sát ổ lăn):

- Cấp chính xác

- Độ lệch vị trí nhiệt

- Mômen động cơ

- Chọn trục vít đai ốc bi

• Tính toán lực dọc trục

Các thành phần trong công thức:

+ Lực cắt chính của máy:

+ Lực ma sát bi ổ lăn: f =60kgf

+ Gia tốc trọng trường: g=10(m/ s)

• Tính các lực dọc trục

- Tăng tốc (sang trái): 1 z

- F1max, F2max: Lực dọc trục lớn nhất khi gia công và không gia công

- N1max, N2max: Tốc độ quay lớn nhất của trục khi gia công và không gia công

- T1, T2: Thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải.

Bảng lực dọc trục và phần trăm tương ứng:

fs: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1,5 – 3 (chọn fs = 2)

Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vitme

0x 2.78,06 156,12

• Tải trọng động:

Với l=10mm => Vận tốc quay danh nghĩa là:

Kiểu lắp ghép ổ đõ là lắp chặt ở cẩ 2 đầu => f=21,9

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ giới hạn nên ta có:

Đường kính trục: d ≥8,33

Tải trọng động: 0x

Loại trục vit me: 16-10B1-FSV-G

Đường kính trục: 16mm

Bước vít: 10mm

Chọn chiều dài trục vít me

Chiều dài trục vít me sau khi chọn trục:

L= tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dài đai ốc = 350 + 243 = 593mm => 600mm

• Kiểm tra sơ bộ

+ Tuổi thọ làm việc:

+ Tốc độ quay cho phép:

16 .10 21,9 .10 9738(v/ p)

• Chọn độ chính xác dài

Độ chính xác vị trí yêu cầu là: ±0,03/600mm

Chọn cấp chính xác với độ lệch & độ biến dạng tích luỹ là:

Cấp chính xác: C4

E = 0,05mm

• Độ dịch do thay đổi nhiệt độ (mức điều chỉnh 3 độ C)

+ Độ dịch do nhiệt:

6 12.10 3.600 0, 02

Do vậy trục vít me đảm bảo an toàn

2.1.5 Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối

a Cụm ổ lăn

Trong cơ cấu bàn Y tải trọng chủ yếu tác động lên 2 ray dẫn hướng, do đó mà lực tác dụng theo phương vuông lên cơ cấu trục vit me là không đáng kể hay nói cách khác khi tính toán đến

ổ lăn trục vitme chỉ để ý đến lực dọc trục tác dụng lên trục vit me Tuy nhiên trong quá trình hoạt động xảy ra hiện tượng rung trong cơ cấu, do đó yếu tố định tâm cũng quan trọng, do vậy

=> chọn ổ đỡ chặn 1 dãy cho trường hợp này (và chọn 1 cụm trục là 4 cái ổ đỡ chặn)

Hình 15 Ổ bi đỡ chặn 1 dãy

• Tính toán khả năng tải động:

1 m

Trong đó: m=3 đối với ổ bi

m=10/3 đối với ổ đũa

L: tuổi thọ của ổ lăn được tính theo công thức:

Kt = 1 (nhiệt độ <1050C)

Ta có:

m = Wy + M = 120 (kgf)

Lực dọc trục trung bình: Fmx = 57,53N

Xét trường hợp bàn Y chạy về phía ổ bi C, D Lực tác dụng lên ổ A, B, C, D:

Khả năng tải động: Cr = 8,26kN Khả năng tải tĩnh: Cor = 9,16 kN

Ổ bi đỡ chặn: e=0,83

Nội lực dọc trục Fsi của 4 ổ là như nhau:

d 3361.2160 43, 4 r 46, 2

Tính tải trọng tĩnh:

Xác định các hệ số Xo, Yo:

Suy ra: Xo=0,5 ; Yo=0,26

Tính tải trọng tĩnh: 0

0,5.2150 0, 26.4041 2425,7

Tính khả năng tải tĩnh:

1 3

0 2125, 7.2160 27478 0r 30,5

Vậy lựa chọn ổ bi phù hợp với khả năng tải

Do yêu cầu của cơ cấu cùng với sự tham khảo các nguồn tài liệu về chọn gối đỡ em chọn 2 gối đỡ đều là loại gối cố định nhằm hạn chế sự di chuyển dọc trục theo tiêu chuẩn của hãng SKF

Cở sở để lựa chọn dựa trên đường kính trục vitme và tải trọng động (tĩnh) là hai yếu tố quan trọng cho việc lựa chọn gối đỡ đạt yêu cầu

4.4.2 Chọn khớp nối

Có rất nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho bài toán này nhưng trên cơ sở tham khảo tài liệu và thực nghiệm từ các hãng sản xuất em xin chọn loại khớp nối là loại khớp nối trục loại trục

bù chữ thập có đệm

(tham khảo cuốn “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Lê Văn Uyển tập2” – trang 55 ).Có thể chọn thông số cho loại khớp nối trục chữ thập này căn cứ theo đường kính trục vitme và theo giá trị mô men khởi động của động cơ (xem thêm ở mục thông số của động cơ AM-1400C)

Trên cơ sở đó em chọn thông số cho khớp nối như sau:

I TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CỤM TRỤC VIT ME BI TRỤC X